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摘 要：通过我公司承制的一条带有平面转弯、水平运距14.22公里越野带式输送机的合同案例，介绍了国际散料输送领域的新技术在这条长距离越野带式输送机上的研究与应用。这些新技术的研究与应用，有效地解决了长距离越野带式输送机停机过程中，由于张力波动带来的严重危害，明显地降低了输送机运行功率，确保在雨天及强光照射等恶劣条件下不间断地高效巡检。
关键词：低滚动阻力、惯性延时停车、"重锤+制动绞盘"张紧、高效维护与监测
在散料运输领域，带式输送机以其高效、节能、环保、低成本的优势，占据着各个行业的散料运输，并向输送距离更长、输送量更大、输送速度更高、适应地形更复杂的方向发展。随之也突显出诸多更复杂的问题，如能耗有效率（即有用能耗占总能耗的比例）、启停车控制的可靠性、系统稳定性与控制可靠性、高效维护监测的方法等等。
下面介绍的是一条带平面转弯、水平运距14.22公里的越野带式输送机，在降低设备运行能耗、通过控制启停机技术来提高长期运营可靠性、长距离越野条件下高效地巡检维护等方面的先进设计技术、方法和理念。
该项目依托于我公司与印度RELIANCE公司在2010年鉴订的一个EPC工程合同，服务于该公司SASAN 6x660MW超大电站项目的一条运送距离14.22公里的带式输送机。项目设计中，我们在控制启停机技术、降低设备运行能耗、长距离越野条件下高效巡检维护等方面的新技术进行了深入的研究并应用。实验数据与现场实测结果表明获得了成功。
1、节能新技术-降低压陷阻力的节能分析与应用
1.1、长距离越野带式输送机的阻力分析
在阻力分析中，物料提升阻力、导料槽及裙板、清扫器、卸料刮板、滚筒旋转等阻力通过计算可以得到；托辊自身的旋转阻力，通过托辊轴承、密封的特性参数可以得到；而托辊的对中阻力、输送带及物料产生的压陷阻力则难以得到。
1.2、长距离越野带式输送机的压陷阻力分析
带式输送机的压陷阻力与输送机的带速、托辊直径、输送带的盖胶厚度及弹性模量、运行环境温度、物料载荷等等因素相关。带式输送机带速越高、托辊直径越大、输送带下盖胶厚度越低、环境温度越高、运量越大的情况下，配以优质的低滚动阻力节能型输送带，可以大大降低主电机拖动能耗。
如图1，在A点输送带与托辊接触，到B点输送带盖胶被托辊挤压变形，至C点盖胶缓慢恢复，由于橡胶为粘弹性材料，变形不能完全恢复的部分转化成热能散失，而这部分能量即为输送带运行方向的纯阻力。用滚动阻力因素（Rolling Resistance Factor，简称RRF）来判定输送带是否是低滚动阻力。依据分析式：
RRF = （Tan ）/（E’）1/3 =E”/E’ ^ （4/3）
式中：δ-损耗角 Tanδ =E’’/E’
E’-存储模量， N/mm2
E” -损耗模量， N/mm2
其中，E’和E”通过粘弹性性能测试得出，当RRF数值低于0.01即可认为此胶带为低滚动阻力胶带。
1.3、输送带盖胶及成品测试
项目的盖胶样品送到美国的Conveyor Dynamics inc.（缩写CDI）做测试，CDI使用了动态机械分析仪（Dynamic Mechanical Analysis 缩写DMA），测试了这块盖胶样品的粘弹性，特别是测试了储能模量E’和损耗模量E”，来预测输送机功率损耗。
测试效果中得出，此样品在该项目所在环境温度范围内预节能770kw～1340kw，节能占普通盖胶能耗的比例约12.4%～20.9%。从项目输送带成品中取样，送到国际权威机构、澳大利亚的The Newcastle University’s，在此做了样品实验室测试，在环境温度23℃条件、不同带速及不同载荷时折算出“DIN标准中f”值的测试结果。该测试结果被国际上公认为低压陷阻力的节能型输送带。
2、紧急停车新技术-提高紧急状态下停车的可靠性分析
该机输送距离长、输送量大、带速高，输送线路复杂，始终处于起伏状态并有两个平面弧。分布在带式输送机上的物料和输送带的质量大，惯性大，在特殊情况下各点输送带速度不均匀，特别是在带式输送机突然断电情况下，输送带局部段将会出现浪涌、叠带、飘带、拍带等冲击现象。
2.1、惯性延时停车装置的研发与停车
通过对带式输送机各种运行状态进行动态分析发现，延长带式输送机的停机时间，能有效缓解输送带的冲击。依据动态分析，在每部驱动组合高速端，设计了惯性矩为500kg.m2的飞轮矩，延长在意外停车情况下带式输送机的停机时间。
2.2、“重锤+制动绞盘”张紧型式的研发与停车
“重锤+制动绞盘”这种新型张紧技术与惯性停车延时装置的研发目的相同，在输送机紧急停机失去驱动力矩后时，尾部胶带张紧力从150KN猛增至320KN，张紧滚筒会快速前移，伴随着张力波引起平面转弯段输送带张力剧烈变化。新型张紧型式的结构，在驱动装置失去动力时，制动绞盘立即制动，阻止张紧滚筒由于张力突然增大而快速向前移动。而在此其间，允许胶带张力暂时增加。
2.3、惯性延时停车装置与“重锤+制动绞盘”张紧型式组合的可靠停车效果
输送机在满载运行时突然失去动力而紧急停车情况下，该输送机走线中两个平面转弯各区段输送带张力波动的动态分析效果，各点张力的波峰及波谷值经分析显示在允许变化范围内，即在保證弧段平稳停车的张力变化范围内。结果表明 ，开发应用的“重锤+制动绞盘”张紧结构形式与惯性停车延时装置完美结合，有效地解决了张力波引起输送带的浪涌、叠带、漂带、拍带等问题，保证了紧急停车的安全性。
3、巡检新技术-提高维护与监测效率的设计开发
目前，国内散料连续输送设备的带式输送机，在投入运营过程中的设备巡检、维护和监测，是由工作人员沿输送线路检查相关设备是否处于工作正常状态，或是否有潜在的危险需要及时处理。该长距离带式输送机是架设距地面约6米的高空中运行，工作人员在高空桁架上巡检过程中，时常遭遇强光、强风或暴雨等恶劣天气状况。
项目组设计开发了高效维护与监测作业单元，取消了传统设计中桁架的双侧检修走台；传统的步行维护行走速度约3～5公里/小时，而高效维护与监测作业单元的速度最高达20公里/小时；传统的走台巡检设计，人员长距离行走时无法携带较多的备件和工具，并受天气条件的限制，而高速巡检设备可携带更多的备件和工具，且受天气条件的影响很小； 因此，高效维护与监测作业单元的工作效率远高出步行，其结果是最大限度地保证无故障运营时间。
设备行走是以柴油发动机为动力，设备主要组成包括行走机构、导向机构、手动卷杨机构、液压系统、燃油箱、驱动马达、电气及操作系统、电瓶箱及电瓶、设备框架结构及平台等等。
结论：在长距离越野带式输送机的设计中：
1、综合研究和应用低滚动阻力胶带新技术，可节约压陷阻力能耗15%～25%，甚至更高。
2、依据动态分析，设计开发的可靠停车新技术，解决了启停车过程中线路起伏与平面转弯的张力波动问题。
3、设计开发的高效维护与监测作业单元，高效、便利，同时节约了桁架两侧近1700多吨的走台栏杆投入成本。
参考文献：
[1]美国Overland Conveyor Company，inc 的动态分析结论
[2]美国Conveyor Dynamics inc.（缩写CDI） 的输送带盖胶测试结果
[3]The Newcastle University’s 的胶带样品测试结果
[4]Belt Conveyors for Bulk Materials-CEMA SIXTH
[5]北京德力同驰传动技术有限公司提供的南非维修小车结构原理
[6]印度SASAN 6x660MW超大电站项目中业主方提出使用技术要求
关键词：低滚动阻力、惯性延时停车、"重锤+制动绞盘"张紧、高效维护与监测
在散料运输领域，带式输送机以其高效、节能、环保、低成本的优势，占据着各个行业的散料运输，并向输送距离更长、输送量更大、输送速度更高、适应地形更复杂的方向发展。随之也突显出诸多更复杂的问题，如能耗有效率（即有用能耗占总能耗的比例）、启停车控制的可靠性、系统稳定性与控制可靠性、高效维护监测的方法等等。
下面介绍的是一条带平面转弯、水平运距14.22公里的越野带式输送机，在降低设备运行能耗、通过控制启停机技术来提高长期运营可靠性、长距离越野条件下高效地巡检维护等方面的先进设计技术、方法和理念。
该项目依托于我公司与印度RELIANCE公司在2010年鉴订的一个EPC工程合同，服务于该公司SASAN 6x660MW超大电站项目的一条运送距离14.22公里的带式输送机。项目设计中，我们在控制启停机技术、降低设备运行能耗、长距离越野条件下高效巡检维护等方面的新技术进行了深入的研究并应用。实验数据与现场实测结果表明获得了成功。
1、节能新技术-降低压陷阻力的节能分析与应用
1.1、长距离越野带式输送机的阻力分析
在阻力分析中，物料提升阻力、导料槽及裙板、清扫器、卸料刮板、滚筒旋转等阻力通过计算可以得到；托辊自身的旋转阻力，通过托辊轴承、密封的特性参数可以得到；而托辊的对中阻力、输送带及物料产生的压陷阻力则难以得到。
1.2、长距离越野带式输送机的压陷阻力分析
带式输送机的压陷阻力与输送机的带速、托辊直径、输送带的盖胶厚度及弹性模量、运行环境温度、物料载荷等等因素相关。带式输送机带速越高、托辊直径越大、输送带下盖胶厚度越低、环境温度越高、运量越大的情况下，配以优质的低滚动阻力节能型输送带，可以大大降低主电机拖动能耗。
如图1，在A点输送带与托辊接触，到B点输送带盖胶被托辊挤压变形，至C点盖胶缓慢恢复，由于橡胶为粘弹性材料，变形不能完全恢复的部分转化成热能散失，而这部分能量即为输送带运行方向的纯阻力。用滚动阻力因素（Rolling Resistance Factor，简称RRF）来判定输送带是否是低滚动阻力。依据分析式：
RRF = （Tan ）/（E’）1/3 =E”/E’ ^ （4/3）
式中：δ-损耗角 Tanδ =E’’/E’
E’-存储模量， N/mm2
E” -损耗模量， N/mm2
其中，E’和E”通过粘弹性性能测试得出，当RRF数值低于0.01即可认为此胶带为低滚动阻力胶带。
1.3、输送带盖胶及成品测试
项目的盖胶样品送到美国的Conveyor Dynamics inc.（缩写CDI）做测试，CDI使用了动态机械分析仪（Dynamic Mechanical Analysis 缩写DMA），测试了这块盖胶样品的粘弹性，特别是测试了储能模量E’和损耗模量E”，来预测输送机功率损耗。
测试效果中得出，此样品在该项目所在环境温度范围内预节能770kw～1340kw，节能占普通盖胶能耗的比例约12.4%～20.9%。从项目输送带成品中取样，送到国际权威机构、澳大利亚的The Newcastle University’s，在此做了样品实验室测试，在环境温度23℃条件、不同带速及不同载荷时折算出“DIN标准中f”值的测试结果。该测试结果被国际上公认为低压陷阻力的节能型输送带。
2、紧急停车新技术-提高紧急状态下停车的可靠性分析
该机输送距离长、输送量大、带速高，输送线路复杂，始终处于起伏状态并有两个平面弧。分布在带式输送机上的物料和输送带的质量大，惯性大，在特殊情况下各点输送带速度不均匀，特别是在带式输送机突然断电情况下，输送带局部段将会出现浪涌、叠带、飘带、拍带等冲击现象。
2.1、惯性延时停车装置的研发与停车
通过对带式输送机各种运行状态进行动态分析发现，延长带式输送机的停机时间，能有效缓解输送带的冲击。依据动态分析，在每部驱动组合高速端，设计了惯性矩为500kg.m2的飞轮矩，延长在意外停车情况下带式输送机的停机时间。
2.2、“重锤+制动绞盘”张紧型式的研发与停车
“重锤+制动绞盘”这种新型张紧技术与惯性停车延时装置的研发目的相同，在输送机紧急停机失去驱动力矩后时，尾部胶带张紧力从150KN猛增至320KN，张紧滚筒会快速前移，伴随着张力波引起平面转弯段输送带张力剧烈变化。新型张紧型式的结构，在驱动装置失去动力时，制动绞盘立即制动，阻止张紧滚筒由于张力突然增大而快速向前移动。而在此其间，允许胶带张力暂时增加。
2.3、惯性延时停车装置与“重锤+制动绞盘”张紧型式组合的可靠停车效果
输送机在满载运行时突然失去动力而紧急停车情况下，该输送机走线中两个平面转弯各区段输送带张力波动的动态分析效果，各点张力的波峰及波谷值经分析显示在允许变化范围内，即在保證弧段平稳停车的张力变化范围内。结果表明 ，开发应用的“重锤+制动绞盘”张紧结构形式与惯性停车延时装置完美结合，有效地解决了张力波引起输送带的浪涌、叠带、漂带、拍带等问题，保证了紧急停车的安全性。
3、巡检新技术-提高维护与监测效率的设计开发
目前，国内散料连续输送设备的带式输送机，在投入运营过程中的设备巡检、维护和监测，是由工作人员沿输送线路检查相关设备是否处于工作正常状态，或是否有潜在的危险需要及时处理。该长距离带式输送机是架设距地面约6米的高空中运行，工作人员在高空桁架上巡检过程中，时常遭遇强光、强风或暴雨等恶劣天气状况。
项目组设计开发了高效维护与监测作业单元，取消了传统设计中桁架的双侧检修走台；传统的步行维护行走速度约3～5公里/小时，而高效维护与监测作业单元的速度最高达20公里/小时；传统的走台巡检设计，人员长距离行走时无法携带较多的备件和工具，并受天气条件的限制，而高速巡检设备可携带更多的备件和工具，且受天气条件的影响很小； 因此，高效维护与监测作业单元的工作效率远高出步行，其结果是最大限度地保证无故障运营时间。
设备行走是以柴油发动机为动力，设备主要组成包括行走机构、导向机构、手动卷杨机构、液压系统、燃油箱、驱动马达、电气及操作系统、电瓶箱及电瓶、设备框架结构及平台等等。
结论：在长距离越野带式输送机的设计中：
1、综合研究和应用低滚动阻力胶带新技术，可节约压陷阻力能耗15%～25%，甚至更高。
2、依据动态分析，设计开发的可靠停车新技术，解决了启停车过程中线路起伏与平面转弯的张力波动问题。
3、设计开发的高效维护与监测作业单元，高效、便利，同时节约了桁架两侧近1700多吨的走台栏杆投入成本。
参考文献：
[1]美国Overland Conveyor Company，inc 的动态分析结论
[2]美国Conveyor Dynamics inc.（缩写CDI） 的输送带盖胶测试结果
[3]The Newcastle University’s 的胶带样品测试结果
[4]Belt Conveyors for Bulk Materials-CEMA SIXTH
[5]北京德力同驰传动技术有限公司提供的南非维修小车结构原理
[6]印度SASAN 6x660MW超大电站项目中业主方提出使用技术要求